Như đã đề cập trong các chương trước, bong che là vấn đề lớn đến với hiệu suất hệ thống điện mặt trời. Đặc biệt, các vật cản này nếu không được tính toán cẩn thận thì sẽ ảnh hưởng lớn đến sản lượng điện của các dự án tổng thầu EPC điện mặt trời.

Điều đó có nghĩa là, nếu bạn có bóng râm” chẳng hạn do như tòa nhà ở xa che bóng đi một diện tích lớn mảng panel, điện áp ra của toàn bộ chuỗi sẽ GIẢM RÕ RỆT, tương tự ngày có nhiều mây.

Vì vậy, đơn vị triển khai dự án điện mặt trời cần khảo sát khu vực lắp đặt hệ thống điện mặt trời để đưa ra giải pháp cho vấn đề này, giúp tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.

Vậy trước tiên, chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu các kiểu vật cản thường gặp trong dự án điện mặt trời

Các vật cản ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống điện mặt trời

Có thể chia vật cản ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống điện mặt trời thành hai loại: bóng râm và bóng che kín.

• Bóng râm là do vật cản ở tương đối xa, bóng có tính phân tán hoặc khuếch tán, làm giảm lượng ánh sáng đi đến các tế bào quang điện. Bóng cây thường được coi là bóng râm.
• Bóng che kín là vật cản hoàn toàn che chắn hoặc ngăn cản ánh sáng mặt trời đi đến tế bào quang điện. Phần chim, lá rụng, nhánh cây rơi trên mặt kính panel được coi là bóng che.

Nếu hệ thống pin năng lượng mặt bị bóng râm, bạn sẽ thấy sản lượng điện giảm rõ rệt, toàn bộ mảng panel chỉ tạo ra mức điện năng tương ứng ngày nhiều mây.

Nếu hệ thống pin năng lượng mặt bị bóng che kín, sản lượng diện của toàn bộ mảng panel sẽ giảm đến mức tương ứng các tế bào quang diện bị che kín; nếu các tế bào này bị che chắn hoàn toàn, bạn có thể thấy công suất điện giảm mạnh, thậm chí gần như bằng không (tùy theo mức độ chịu bóng che của các panel). Nếu các tế bào chỉ bị che chắn một phần, sản lượng điện sẽ giảm rõ rệt.

Lưu ý khi thiết kế để tránh các vật cản ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống điện mặt trời

Nếu không thể tránh bóng che cho hệ thống năng lượng mặt trời, giải pháp sẽ là thiết kế hệ thống với dung sai bóng che có thể chấp nhận được. Nói cách khác, bạn phải thiết kế hệ thống theo cách thức sao cho ảnh hưởng của bóng che trên phần bất kỳ của hệ thống đều tác động đến toàn bộ mảng panel ở mức nhỏ nhất.

Thiết kế mảng panel với dung sai bóng che là công việc phức tạp, đòi hỏi trình độ chuyên môn cao. Tuy nhiên, có thể thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời cơ bản với mức bóng che hợp lý mà không đòi hỏi kiến thức chuyên sâu.

Tổn thất hiệu suất phát điện của hệ thống điện mặt trời khi bị bóng che một giờ trong khoảng thời gian chính (9-15 giờ) hàng ngày 

Nếu bạn thiết kế hệ thống có khả năng hoạt động liên tục và ổn định trong các điều kiện bị che nắng một phần, dưới đây sẽ nêu vài tùy chọn:

Theo dõi bóng che

Trước hết, bạn không nên thiết kế hệ thống có một vài phần bị bóng che kín. Các panel mặt trời được lắp sao cho không ở dưới các tán cây, dễ dàng kiểm tra và làm vệ sinh, loại bỏ các bóng che kín, nếu có. Nếu có các vật cản lâu dài có thể tạo ra bóng che kín, bạn không nên lắp đặt panel mặt trời ở các địa điểm đó.

Nếu có bóng râm, bạn cần biết bóng râm này chiếm bao nhiêu thời gian trong ngày. Cần nhớ, ngay cả bóng râm trên một diện tích nhỏ cũng có thể có tác động lớn. Nói chung, khoảng thời gian chính hệ thống điện mặt trời đạt công suất lớn nhất trong ngày mùa hè là từ 9 giờ sáng đến 3 giờ chiều (15 giờ). Nếu có bóng râm trước hoặc sau khoảng thời gian này, bạn sẽ tổn thất khoảng 20% sản lượng điện trong mùa hè, và đến 40% nếu có bóng râm cả trước và sau khoảng thời gian này.

Vào mùa đông, sự suy giảm sẽ không lớn như thế. Do mặt trời trên bầu trời hơi thấp hơn và cường độ nắng cũng giảm, hầu như toàn bộ lượng điện đều được tạo ra trong khoảng thời gian chính (9 giờ sáng đến 3 giờ chiều). Nếu có bóng râm trước 9 giờ sáng hoặc sau 3 giờ chiều trong các tháng mùa đông, điện năng chỉ bị tổn thất khoảng 5 – 10%.

Tuy nhiên, nếu có bóng che trong khoảng thời gian chính, hiệu suất phát điện của hệ thống sẽ giảm rõ rệt. Mức độ suy giảm hiệu suất của hệ thống năng lượng mặt trời phụ thuộc vào địa điểm, mức độ nghiêm trọng của bóng che, và kiểu loại panel mặt trời được sử dụng. Tổn thất hiệu suất phát điện trong một giờ bị bóng che, trong khoảng thời gian chính (9 giờ sáng đến 3 giờ chiều) được liệt kê trong Bảng Phụ Lục A.

Các giá trị được nêu trong Bảng này chỉ có tính tham khảo, giá trị chính xác còn tùy thuộc vào khu vực địa lý, điều kiện thời tiết và khí hậu…

Từ dữ liệu trong Bảng, có thể thấy mức độ tổn thất hiệu suất do bóng râm trong khoảng 9-15 giờ là khá lớn. Điều này giải thích tại sao bóng râm vào khoảng giữa trưa (chính ngọ) là lý do số một làm suy giảm sản lượng điện năng của hệ thống năng lượng mặt trời.

Tuy nhiên, do rất khó tác động hoặc làm giảm bóng che (cây cối, công trình xây dựng xung quanh…), bạn có thể áp dụng vài biện pháp khác để làm giảm ảnh hưởng của bóng che.

Tăng số lượng pin năng lượng mặt trời

Tùy chọn này hầu như là hiển nhiên. Nếu có đủ khoảng trống, bạn có thể tăng số lượng panel mặt trời để tăng sản lượng điện trong khoảng thời gian bị bóng che.

Nhưng biện pháp này không phải khi nào cũng khả thi, do thiếu khoảng trống, hoặc đơn giản là không đủ kinh phí, và không hẳn là giải pháp hiệu quả nhất.

Định hướng pin năng lượng mặt trời

Nếu bóng che chỉ tác động trong khoảng thời gian xác định trong ngày, bạn có thể xem xét khả năng xoay hoặc hướng các panel ra xa vật cản. Biện pháp này sẽ tăng hiệu suất trong những giờ mảng panel không bị vật cản che chắn, và giảm hoặc loại bỏ tác động của vật cản ở vị trí trước đó. Mức giảm sản lượng điện do định hướng các panel lệch khỏi phương chính nam thường thấp hơn so với tác động của bóng che, nếu có thể loại bỏ hoàn toàn vấn đề bóng râm.

Lựa chọn kiểu pin năng lượng mặt trời phù hợp

Giải pháp kế tiếp là chọn panel mặt trời kiểu vô định hình (màng mỏng). Các panel và định hình không xảy ra hiện. tượng tế bào quang điện bị đảo chiều theo meh thức như panel tỉnh thể, do đó có khả năng chịu được bong che tốt hơn.

Do panel mặt trời vô định hình có mức hiệu suất thấp, bạn phủ tỉnh đến khả năng cần có khoảng trống gấp hai lần để lắp đặt so với panel tỉnh thể. Nếu bạn có không gian dù rộng, sử dụng panel vô định hình là giải pháp đơn giản và tiết kiệm nhất đối với các hệ thống điện mặt trời độc lập.

Hiện nay, Sharp, Misubishi, Solar Frontier, và Sanyo đang chế tạo các panel mặt trời vô định hình chất lượng cao và độ tin cậy cao.

Sử dụng các bộ vi biến tần

Nếu hệ thống của bạn là loại nối với điện lưới, có lẽ giải pháp tốt nhất là sử dụng các bộ vi biến tần, mỗi panel có một bộ biến tần riêng và có thể coi là hệ thống điện mặt trời hoàn chỉnh.

Với hệ thống vi biến tần, từng panel sẽ vận hành hoàn toàn độc lập với nhau. Nếu có bóng che tác động lên một panel, các panel khác sẽ không bị ảnh hưởng.

Sử dụng các bộ vi biến tần còn có nghĩa là bạn có thể xoay các panel mặt trời theo các phía khác nhau. Ví dụ, nếu lắp các panel trên mái nhà có nhiều độ dốc và góc khác nhau, bạn có thể chọn lắp đặt mảng panel trên vài phần L mái nhà, sử dụng hệ thống vi biến tần.

Phương pháp này có tính linh hoạt tương đối cao về lựa chọn hướng và vị trí, thậm chí có thể cho phép bạn tránh hoàn toàn các bóng che.

Thiết kế mảng pin mặt trời song song

Bằng cách mắc song song các panel thay vì mắc nối tiếp, bạn có thể giảm tác động của bóng che trên một vài phần của mảng panel. Trong hệ thống mắc song song, khi một panel mặt trời ở trong bóng râm, công suất của các panel còn lại hoàn toàn không bị ảnh hưởng.

Nếu bạn thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời nói với lưới điện và muốn có điện áp cao, có thể đạt được điều này với mảng panel mắc song song bằng cách dùng các panel mặt trời chuyên biệt điện áp cao nối với lưới điện phân phối. Hiện nay, nhiều nhà chế tạo đã cung cấp các panel loại này, thậm chí một panel có điện áp đến trên 100V. Các panel khá dụng khác có điện áp ra 24V hoặc 48V, có thể thích hợp với hệ thống điện mặt trời độc lập yêu cầu điện áp cao hơn 12V.

Thiết kế mảng panel mặt trời nhiều nhánh

Thay vì thiết kế hệ thống chỉ gồm một bộ các panel mắc nối tiếp, bạn có thể thiết kế hệ thống gồm hai hoặc nhiều nhánh panel mắc nối tiếp, và các nhánh này được mắc song song với nhau. Hiện có các bộ điều khiển và bộ biến tần cho phép bạn có nhiều nhánh panel mặt trời, hoặc có thể có một bộ điều khiển hoặc bộ biến tần cho từng nhánh riêng rẽ.

Điều này có nghĩa là bạn có hai hoặc nhiều hệ thống điện mặt trời nhỏ, thay vì một hệ thống lớn; bạn có thể quay các mảng panel hướng theo các góc khác nhau, tạo ra cơ hội lắp đặt chúng ở các vị trí hoàn toàn khác nhau, tùy theo điều kiện cụ thể.

Trong tình huống đó, bạn có thể thiết kế hệ thống sao cho bóng râm chỉ tác động đến một trong các nhánh panel, thay vì toàn bộ màng năng lượng mặt trời. Tương tự hệ thống sử dụng các bộ vì biến tần, phương pháp này có thể giúp bạn giải quyết hoàn toàn vấn đề bóng che.

Các tùy chọn khi lắp đặt

Trong thực tế còn có các lựa chọn khác, nhưng thiết kế tương đối phức tạp và thuộc lĩnh vực chuyên môn cao. Nếu bạn thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời với dung sai bóng che và các tùy chọn nêu trên không phù hợp với bạn, có lẽ bạn phải nhờ các chuyên gia trong lĩnh vực này.

Ngoại trừ các vấn đề bóng che tương đối phức tạp và khó giải quyết, sử dụng một trong các tùy chọn nêu trên hoặc kết hợp các tùy chọn đó vẫn có thể giúp bạn xử lý vấn đề một cách hiệu quả.

Kết luận

Vật cản là vấn đề lớn đối với hệ thống năng lượng mặt trời – đặc biệt nếu sử dụng panel kiểu tinh thể. Ngay cả bóng che rất nhỏ cũng có thể tác động lớn đến hiệu suất hoạt động của hệ thống điện mặt trời. Trong những trường hợp khó giải quyết vấn đề bóng che, bạn có thể nhờ các chuyên gia hoặc phải tìm giải pháp khác thay cho năng lượng mặt trời.